FR2695164A1

FR2695164A1 - Turbomachine provided with a device preventing a longitudinal circulation of gas around the stages of straightening vanes.

Info

Publication number: FR2695164A1
Application number: FR9210278A
Authority: FR
Inventors: Jean-Louis Charbonnel; Pierre Debeneix; Christopher Charles Glynn; Daniel Jean Marey; Jean-Pierre Andre Jose Mourlan; Jacky Serge Naudet; Gerard Receveur; Yann Joel Marie Rigaud; Roger Clayton Walker
Original assignee: SNECMA SAS; General Electric Co
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS; General Electric Co
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: EP0589736A1; US5320484A; DE69302065D1; EP0589736B1; FR2695164B1; DE69302065T2

Abstract

Agencement de turbomachines où on se soucie de compartimenter de façon étanche un intervalle entre un carter extérieur (1) et une virole (2) appuyée sur le carter (1) par des nervures (6) à jours (14). Le dispositif comprend essentiellement une pièce d'étanchéité (8) couvrant les jours et agencée de façon à être comprimée radialement contre le carter (1) et longitudinalement contre la nervure (6) associée. Le carter (1) et les nervures (6) sont réunis par des boulons (12) dont l'axe (X) est incliné pour réaliser simultanément ces deux compressions.Arrangement of turbomachines where care is taken to compartmentalize in a sealed manner an interval between an outer casing (1) and a ferrule (2) supported on the casing (1) by ribs (6) with openings (14). The device essentially comprises a sealing part (8) covering the openings and arranged so as to be compressed radially against the casing (1) and longitudinally against the associated rib (6). The casing (1) and the ribs (6) are joined by bolts (12) whose axis (X) is inclined to simultaneously perform these two compressions.

Description

TURBOMACHINE MUNIE D'UN DISPOSITIF EMPECHANT UNETURBOMACHINE PROVIDED WITH A DEVICE THAT PREVENTS A

CIRCULATION LONGITUDINALE DE GAZ AUTOUR DES ETAGES D'AUBES DE REDRESSEMENT LONGITUDINAL GAS CIRCULATION AROUND STRAIGHTENING VANE STAGES

DESCRIPTIONDESCRIPTION

L'invention se rapporte à une turbomachine équipée d'un dispositif empêchant la circulation longitudinale ou axiale de gaz autour des étages d'aubes de redressement de l'écoulement dans la machine. Le stator de nombreuses turbomachines est constitué d'une double enveloppe: un carter extérieur qui entoure une virole formée d'éléments assemblés entre eux et auxquels les aubes des étages redresseurs sont fixées Les éléments de virole sont vissés au carter et munis de nervures circulaires d'extension radiale qui maintiennent l'écartement entre la virole et le carter auquel elles touchent par leur arête d'extrémité Comme toutefois ces nervures sont responsables d'une importante déperdition de chaleur vers l'extérieur à cause de leur bonne conductivité thermique, elles sont ajourées de manière à ne toucher The invention relates to a turbomachine equipped with a device preventing the longitudinal or axial circulation of gas around the stages of vanes for straightening the flow in the machine. The stator of many turbomachinery consists of a double envelope: an outer casing which surrounds a ferrule formed of elements assembled together and to which the vanes of the rectifier stages are fixed The ferrule elements are screwed to the casing and provided with circular ribs d 'radial extension which maintain the spacing between the shell and the casing to which they touch by their end edge As, however, these ribs are responsible for a significant heat loss towards the outside because of their good thermal conductivity, they are perforated so as not to touch

au carter que par des portions de circonférence. to the casing only by circumference portions.

L'inconvénient de cette disposition, par laquelle le volume entre la virole et le carter extérieur devient d'un seul tenant, est qu'il devient impossible de régler finement les jeux entre les aubes mobiles et chaque élément de virole en insufflant du gaz de chauffage ou de refroidissement à des températures ou des débits différents dans divers compartiments du volume entre carter et virole, afin de modifier séparément la dilatation thermique de chaque élément de cette dernière: on est réduit à un réglage d'ensemble qui n'offre pas de loin la même précision pour réduire les jeux à un minimum, de sorte que le rendement de la The disadvantage of this arrangement, whereby the volume between the ferrule and the outer casing becomes one piece, is that it becomes impossible to finely adjust the clearances between the movable blades and each ferrule element by blowing gas from heating or cooling at different temperatures or flow rates in various compartments of the volume between casing and ferrule, in order to modify the thermal expansion of each element of the latter separately: we are reduced to an overall setting which does not offer far the same accuracy to minimize the clearances, so that the performance of the

machine est affecté.machine is affected.

Le rétablissement de l'étanchéité à chaque nervure est donc souhaité L'invention représente une The reestablishment of the seal at each rib is therefore desired. The invention represents a

solution possible et particulièrement simple pour cela. possible and particularly simple solution for this.

Elle concerne une turbomachine comprenant un carter entourant des éléments de virole auxquels des aubes d'étages redresseurs sont fixées, les éléments de virole étant reliés au carter par des boulons, caractérisée en ce que les éléments de virole sont munis de nervures qui les séparent du carter et s'étendent jusqu'au carter, les nervures étant munies de jours de manière à ne toucher au carter que par des portions de circonférence, et en ce qu'elle comprend des pièces annulaires d'étanchéité composées d'une semelle circulaire et d'un jambage s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur à partir de la semelle jusqu'à une surface d'appui s'étendant dans un plan radial d'une nervure associée, le jambage couvrant les jours de la nervure et frottant sur la surface d'appui, le carter étant muni pour chaque pièce d'étanchéité d'un redan délimité par une surface de compression radiale de la semelle et une surface de compression longitudinale de la semelle contre la nervure associée, et les boulons s'étendent avec une inclinaison longitudinale apte à provoquer à la fois les deux compressions L'art antérieur décrit d'autres agencements envisageables, par exemple dans les brevets français 2 468 738, 2 482 661 et 2 575 221 et dans le brevet américain 4 314 793, mais qui sont différents et It relates to a turbomachine comprising a casing surrounding ferrule elements to which blades of rectifier stages are fixed, the ferrule elements being connected to the casing by bolts, characterized in that the ferrule elements are provided with ribs which separate them from the casing and extend to the casing, the ribs being provided with days so as to touch the casing only by portions of circumference, and in that it comprises annular sealing parts composed of a circular sole and of a leg extending substantially radially inward from the sole to a bearing surface extending in a radial plane of an associated rib, the leg covering the days of the rib and rubbing on the bearing surface, the casing being provided for each sealing part with a step delimited by a radial compression surface of the sole and a longitudinal compression surface of the melle against the associated rib, and the bolts extend with a longitudinal inclination capable of causing both compressions. The prior art describes other possible arrangements, for example in French patents 2,468,738, 2,482,661 and 2,575,221 and in U.S. Patent 4,314,793, but which are different and

souvent sensiblement plus compliqués. often significantly more complicated.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: la figure 1 représente un compresseur équipé de l'invention, la figure 2 représente un agrandissement de la figure 1 qui montre plus particulièrement l'agencement conforme à l'invention, et la figure 3 est une vue axiale des The invention will now be described in more detail with the aid of the following figures which are annexed by way of non-limiting illustration: FIG. 1 represents a compressor equipped with the invention, FIG. 2 represents an enlargement of FIG. 1 which shows particularly the arrangement according to the invention, and FIG. 3 is an axial view of the

éléments composant la figure 2.components of Figure 2.

Le carter extérieur est une enveloppe légèrement conique désignée par 1 sur la figure 1 et The outer casing is a slightly conical envelope designated by 1 in FIG. 1 and

qui peut être formée de parties assemblées entre elles. which can be formed of parts assembled together.

Le carter 1 entoure des éléments de virole 2, qui sont également sensiblement coniques, mis bout à bout et assemblés par des joints à emboîtement 3 pour former une seule virole continue et à peu près parallèle au carter 1 Chaque élément de virole 2 porte un étage d'aubes fixes 4 de stator ou de redressement Un étage d'aubes mobiles 5 de rotor s'étend entre chaque paire The casing 1 surrounds ferrule elements 2, which are also substantially conical, placed end to end and assembled by interlocking seals 3 to form a single continuous ferrule and roughly parallel to the casing 1 Each ferrule element 2 carries a stage fixed blades 4 of stator or rectification A stage of movable blades 5 of rotor extends between each pair

d'étages d'aubes fixes 4.fixed blade stages 4.

Chaque élément de virole 2 est muni d'une nervure 6 qui s'étend à partir de lui vers l'extérieur en direction radiale pour toucher au carter 1 par son arête extérieure 7 A chaque nervure 6 est accolée une pièce d'étanchéité 8 caractéristique de l'invention et qui sera décrite plus loin Chaque nervure 6 est enfin munie d'une semelle 9 externe circulaire et complétée de place en place par un bloc 10 qui fait alors face à un autre bloc 11 correspondant à un renflement du carter 1 vers l'extérieur Les blocs 10 et 11 sont traversés par des perçages qui viennent en prolongement et qu'un boulon 12 occupe Les ensembles constitués par les éléments de virole 2, les nervures 6 et les Each ferrule element 2 is provided with a rib 6 which extends from it towards the outside in the radial direction to touch the casing 1 by its outer edge 7 At each rib 6 is attached a characteristic sealing part 8 of the invention and which will be described later Each rib 6 is finally provided with a circular outer sole 9 and completed from place to place by a block 10 which then faces another block 11 corresponding to a bulge in the casing 1 towards outside The blocks 10 and 11 are crossed by holes which come in extension and that a bolt 12 occupies The assemblies constituted by the shell elements 2, the ribs 6 and the

semelles 9 sont alors solidement fixés au carter 1. soles 9 are then firmly fixed to the casing 1.

Les nervures 6 divisent le volume entre le carter 1 et la virole 2 en compartiments dans chacun desquels débouche un dispositif d'alimentation en gaz de rég Lage des jeux entre La portion de virole 2 et Les étages d'aubes mobi Les 5 associés à ces portions Ces dispositifs ne font pas partie de l'invention On se borne à représenter et à désigner par La référence 13 Les orifices à travers le carter 1 qui débouchent chacun dans un compartiment respectif Mais chaque nervure 6 est ajourée sur une grande partie de sa Longueur, et l'arête 7 est formée de fragments interrompus Les jours 14 (mieux visibles sur la figure 3) s'étendent sur l'essentiel de La hauteur des nervures 6 et jusqu'au carter 1 dans Le sens radial de sorte que les nervures 6 ne touchent au carter 1 que par des portions assez hautes et étroites qui limitent beaucoup la chaleur transmise Comme on Le voit sur la figure 2, les nervures 6 sont munies près des éléments de virole 2 d'une surface d'appui 15 située dans un plan radial et orientée vers la pièce d'étanchéité 8, et les semelles 9 comprennent une autre surface d'appui 16 appartenant au même plan Le carter 1 est conçu avec une surface circulaire 17 sur laquelle s'appuient, dans le sens radial, la semelle 9 et une autre semelle 18 qui compose la pièce d'étanchéité 8 avec un jambage 19, et d'une surface de compression 20 qui s'étend dans un plan transversal et sert à comprimer la semelle 18 contre la surface d'appui 16; les deux surfaces 17 et The ribs 6 divide the volume between the casing 1 and the ferrule 2 into compartments into each of which opens a device for supplying regulating gas. Games clearance between the portion of the ferrule 2 and the movable blade stages The 5 associated with these portions These devices are not part of the invention We limit ourselves to representing and designating by The reference 13 The orifices through the casing 1 which each open into a respective compartment But each rib 6 is perforated over a large part of its length , and the edge 7 is formed of broken fragments. Days 14 (best visible in FIG. 3) extend over most of the height of the ribs 6 and up to the casing 1 in the radial direction so that the ribs 6 touch the casing 1 only by fairly high and narrow portions which greatly limit the heat transmitted As seen in FIG. 2, the ribs 6 are provided near the shell elements 2 with a support surface 15 sit uée in a radial plane and oriented towards the sealing part 8, and the flanges 9 comprise another bearing surface 16 belonging to the same plane The casing 1 is designed with a circular surface 17 on which are supported, in the direction radial, the sole 9 and another sole 18 which composes the sealing part 8 with a leg 19, and a compression surface 20 which extends in a transverse plane and serves to compress the sole 18 against the surface d 'support 16; the two surfaces 17 and

forment un redan dans Le carter 1.form a step in The housing 1.

Les pièces d'étanchéité 8 sont des anneaux sans interruptions sur la circonférence Les jambages 19 sont composés d'une partie supérieure 21 qui s'étend à partir de la semelle 18 radialement, mais avec une inclinaison longitudinale vers La nervure 6 associée, et d'une portion d'extrémité 22 purement radiale qui termine la partie supérieure 21 et comporte une surface d'appui 23 qui est destinée à être pressée contre La surface d'appui 15 de la nervure 6 La portion d'extrémité 22 dépasse au moins partiellement de la semelle 18 dans le sens longitudinal quand la pièce d'étanchéité 8 est démontée, ce qu'on a figuré par les tirets Quand le montage est entrepris, le serrage des boulons 12 provoque à la fois un déplacement longitudinal de la pièce d'étanchéité 8 vers la nervure 6, qui se traduit par un fléchissement élastique du jambage 19 quand les surfaces 15 et 23 viennent à se toucher et à frotter l'une contre l'autre, et un déplacement radial grâce à la contraction exercée sur la semelle 18 par la surface 17 On en arrive à une situation o la pièce d'étanchéité 8 est fermement appuyée contre les surfaces 15 et 16 de la nervure 6 et contre les surfaces 17 et 20 du carter 1 Les surfaces , 17 et 20, de même que les surfaces de la pièce d'étanchéité 8 qui s'appuient sur elles, sont de faible rugosité pour interdire tout passage significatif de gaz entre les compartiments: elles peuvent par exemple The sealing parts 8 are rings without interruptions on the circumference The legs 19 are composed of an upper part 21 which extends from the sole 18 radially, but with a longitudinal inclination towards the associated rib 6, and d a purely radial end portion 22 which ends the upper part 21 and has a bearing surface 23 which is intended to be pressed against the bearing surface 15 of the rib 6 The end portion 22 at least partially protrudes of the sole 18 in the longitudinal direction when the sealing part 8 is disassembled, which is shown by the dashes When the assembly is undertaken, the tightening of the bolts 12 causes both a longitudinal displacement of the part sealing 8 towards the rib 6, which results in an elastic deflection of the jamb 19 when the surfaces 15 and 23 come to touch and rub against each other, and a radial displacement thanks the contraction exerted on the sole 18 by the surface 17 We arrive at a situation where the sealing part 8 is firmly pressed against the surfaces 15 and 16 of the rib 6 and against the surfaces 17 and 20 of the casing 1 The surfaces, 17 and 20, as well as the surfaces of the sealing piece 8 which rest on them, are of low roughness to prevent any significant passage of gas between the compartments: they can for example

être tournées.be turned.

L'axe X des boulons 12 a une inclinaison, comptée de la direction radiale dans un plan longitudinal, qui peut être de 40 ou 50 environ selon qu'on cherche à favoriser la compression axiale ou radiale, ce qui est une question particulière à chaque réalisation Il est d'ailleurs possible de choisir une The axis X of the bolts 12 has an inclination, counted from the radial direction in a longitudinal plane, which can be about 40 or 50 depending on whether one seeks to promote axial or radial compression, which is a question specific to each It is also possible to choose a

autre inclinaison.another tilt.

Le montage des pièces d'étanchéité 8 ne soulève pas de difficultés particulières car elles peuvent être introduites par l'embouchure élargie du carter 1 conique Les éléments de virole 2 sont ensuite The mounting of the sealing parts 8 does not raise any particular difficulties because they can be introduced through the enlarged mouth of the conical casing 1 The ferrule elements 2 are then

montés et boulonnés.mounted and bolted.

PP

Claims

1 turbomachine comprising a casing (1) surrounding ferrule elements (2) to which vanes (4) of rectifier stages are fixed, the ferrule elements being connected to the casing by bolts (12), characterized in that the elements of ferrule are provided with ribs (6) which separate them from the casing and extend to the casing, the ribs being provided with days (14) so as to touch the casing only by portions of circumference, and in that '' It comprises annular sealing parts (8) composed of a circular sole (18) and a leg (19) extending substantially radially inwards from the sole to a surface of support (15) extending in a radial plane of an associated rib, the leg covering the days of the rib and rubbing on the support surface (15), the casing being provided for each sealing part with a step delimited by a radial compression surface (17) of the sole ( 18) and a longitudinal compression surface (20) of the sole against the associated rib, and the bolts (12) extend with a longitudinal inclination capable of causing both

the two cuts.

2 turbomachine according to claim 1, characterized in that the inclination of the screws is 40

at 50 relative to the radial direction.

3 Turbomachine according to any one of

claims 1 or 2, characterized in that the

the leg has a surface (23), extending in a radial plane, which is intended to be pressed on the bearing surface, said leg surface projecting from the sole in the longitudinal direction when the

sealing part (8) is disassembled.